JP2019015833A - 波長選択スイッチモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】高速な波長選択スイッチモジュールを提供する。【解決手段】光回線交換用の第１の光信号群と光パケット交換用の第２の光信号群とを入力する１つの入力ポートＩＰと、空間スイッチング機構を用いて、第１の光信号群の出力先を複数の副出力ポートＷＰ1〜ＷＰNの中から選択すると共に、第２の光信号群の出力先を第１の光信号群を出力する副出力ポートＷＰ1〜ＷＰNとは異なる副出力ポートＷＰN+1とする波長選択スイッチ３０と、複数の副出力ポートＷＰ1〜ＷＰNと各々接続された複数の主出力ポートＭＰ1〜ＭＰNと、副出力ポートＷＰN+1と接続され、当該副出力ポートから入力された第２の光信号群の出力先を、高速スイッチング機構を用いて、複数の主出力ポートＭＰ1〜ＭＰNの中から選択する高速スイッチモジュール４０とを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、高速で再設定可能な波長選択スイッチモジュールに関する。

ＷＳＳ（Wavelength Selective Switch；波長選択スイッチ）は、ＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexing）ネットワークを可能にするのに極めて重要な役割を果たしている。ＲＯＡＤＭネットワークでは、ネットワークノード間に光パスを設定することにより、データが２つのネットワークノード間で送信される。この光パスは、通常、波長チャンネルと呼ばれる周波数帯域の予約スロットである。光パスに沿う位置にある中間ネットワークは、起点ノードと宛先ノード間の端末接続を実現するためにバイパスされる。

図１２（ａ）に、メッシュトポロジーを持つ二次元のＲＯＡＤＭネットワーク１００を示す。ここでは、９つのノード１〜ノード９において、２つの光パスＰ₁（実線矢印）及び光パスＰ₂（点線矢印）が表示されており、光パスＰ₁は、波長チャンネルλ₁を使用するノード１とノード８との間で設定され、光パスＰ₂は、波長チャンネルλ₂を使用するノード４とノード６との間で設定されている。

この２つの光パスＰ₁、Ｐ₂は、図１２（ｂ）に示されるような構造を有するノード５を通っている。ＲＯＡＤＭネットワーク１００の二次元メッシュトポロジーに応じて、ノード５は第２度（2nd degree）のネットワークノードとなっている。ここでは、１対のＷＳＳ３０からなるＷＳＳユニットが、それぞれの４つの接続方向（端子）に配置されている。各ＷＳＳユニットは、ＷＳＳユニットの位置に応じて東西南北の名前がつけられている。光パスＰ₁とＰ₂の両方に属する光信号群は、西ＷＳＳユニットへ入力されている。西ＷＳＳユニットへ入力された光信号群は、波長ベースで異なるＷＳＳユニットの出力ポートＯＰへ向かっており、ここでは、北ＷＳＳユニットの出力ポートＯＰと東ＷＳＳユニットの出力ポートＯＰへ向かっている。なお、図１２（ｂ）において、ＴＰＡは、トランスポンダ集約スイッチであり、Ｒｘは受信機であり、Ｔｘは送信機である。

図１２（ｂ）に示すように、波長チャンネルλ₁及びλ₂の光信号群は、正しい光パス、即ち、光パスＰ₁及びＰ₂のそれぞれに沿う伝送を続けるために、異なるＷＳＳユニットの出力ポートＯＰへ向かっている。このため、各ＷＳＳ３０は、通常、対象の波長の入力光信号を制限なく任意のＷＳＳユニットの出力ポートＯＰに向かうように設定可能な光スイッチとなっている。光パスは、その光パスに沿って配置されている全てのＷＳＳユニットで構成することにより確立される。従来のＲＯＡＤＭネットワークでは、一度、光パスが設定されると、長時間にわたり継続する。低下するまでに数時間又は数日が経過することがある。しかしながら、図１３に示すように、現在のＷＳＳ技術は数１００ミリ秒単位での再設定を認めている。なお、図１３において、ＷＳＳ３０の出力ポートを、ＷＳＳポート（WSS Ports）ＷＰ₁〜ＷＰ_Nと呼ぶ。また、Ｎは２以上の任意の整数である。

特許第５６３２４３６号公報

Yuzo Ishii et. al., "Spatial and Planar Optical Circuit (SPOC) Technology and Its Application to Photonic Network Devices", NTT Technical Review, October, 2016, vol.14, no. 10, pp. 1-10 Hiroaki Harai et. al., "Optical Packet and Circuit Integrated Networks and Software Defined Networking Extension", JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, August 15, 2014, vol. 32, no. 16, pp. 2751-2759

非常に数が大きいポート数を実現できるＷＳＳの例を図１４（ａ）、（ｂ）に示す（非特許文献１）。このＷＳＳ３０は、導波路フロントエンド３１、コリメートレンズ３２、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ；Polarizing Beam Splitter）３３と半波長板（ＨＷＰ；Half-Wavelength Plate）３４を含む偏光ダイバーシティ光学系、そして、回折格子３５、ポート選択シリンドリカルレンズ３６及び焦点シリンドリカルレンズ３７、ＬＣＯＳ（Liquid Cristal On Silicon）装置３８に基づく装置であるＳＬＭ（Spatial Light Modulator；空間光変調器）で構成される。このような構成からなる空間スイッチング機構を用いて、波長毎に出力先を選択することができる。

具体的には、導波路フロントエンド３１に入力されたＷＤＭ（Wavelength Division Multiplex）信号は自由空間に放出される。その信号は、垂直方向（ｙ軸方向）にコリメートレンズ３２でコリメートされる。ＬＣＯＳ装置３８は、偏光感度を持っているため、信号がｙ軸に沿って２つの直交偏光線に分かれている場合、偏光ダイバーシティ光学系が使用される。そのうちの１つは、偏光信号がＬＣＯＳ装置３８に直線的に入射するように、ＨＷＰ３４で９０度回転している。次に、その信号は、分散方向がｙ軸に沿っている回折格子３５を通っている。その信号は、ポート選択シリンドリカルレンズ３６によりｘ軸方向でコリメートされ、焦点シリンドリカルレンズ３７によりｙ軸に沿って焦点が決められる。ＳＬＭは、ｙ軸において、同じルートで導波路フロントエンド３１へ信号を反射しながら、ｘ軸においては、導波路フロントエンド３１の異なる位置に信号が当たるように信号を操作している。なお、ｘ軸及びｙ軸をそれぞれスイッチング軸及び分散軸という。

作製した１×９５ＷＳＳの透過スペクトルを図１５に示す。ここでは、９５個のＷＤＭチャンネルの各々は異なる出力ポートに送られている。ＬＣＯＳ装置３８は、空間光変調を実施するのに非常に信頼性が高いが、再設定に数１００ミリ秒単位程度かかる。従って、ＬＣＯＳ装置３８が、現在のＷＳＳの再設定速度の主な限界である。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、高速な波長選択スイッチモジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る波長選択スイッチモジュールは、
各々波長が異なる少なくとも１つの光信号からなる光回線交換用の第１の光信号群と、各々波長が異なり、前記第１の光信号群とも波長が異なる少なくとも１つの光信号からなる光パケット交換用の第２の光信号群とを入力する１つの入力ポートと、
波長毎に出力先を選択する空間スイッチング機構を有し、前記入力ポートから入力された前記第１の光信号群の出力先を、前記空間スイッチング機構を用いて、複数の副出力ポートの中から選択すると共に、前記入力ポートから入力された前記第２の光信号群の出力先を、前記空間スイッチング機構を用いて、前記第１の光信号群を出力する前記副出力ポートとは異なる所定の前記副出力ポートとするか、又は、複数の前記副出力ポートの中から選択する波長選択スイッチと、
複数の前記副出力ポートと各々接続された複数の主出力ポートと、
前記波長選択スイッチより高速でスイッチングを行う高速スイッチング機構を有し、所定の前記副出力ポート又は複数の前記副出力ポートと接続され、当該副出力ポートから入力された前記第２の光信号群の出力先を、前記高速スイッチング機構を用いて、複数の前記主出力ポートの中から選択する選択手段と、
を有する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る波長選択スイッチモジュールは、
上記第１の発明に記載の波長選択スイッチモジュールにおいて、
前記第２の光信号群の出力先を複数の前記副出力ポートの中から選択する場合、
前記波長選択スイッチは、マルチキャスト選択型の構成であり、
前記選択手段は、前記第２の光信号群の各光信号を波長毎に通過又は阻止する波長ブロッカからなる
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る波長選択スイッチモジュールは、
上記第２の発明に記載の波長選択スイッチモジュールにおいて、
前記波長ブロッカは、直列接続された複数の光共振器からなり、
各々の前記光共振器は、前記第２の光信号群の各々の光信号に対応し、当該光信号を共振時に阻止するように、当該光信号の波長との共振状態を調整可能な構成である
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係る波長選択スイッチモジュールは、
上記第３の発明に記載の波長選択スイッチモジュールにおいて、
前記光共振器は、温度調整可能に構成され、前記温度調整による熱光学効果により、対象の光信号との共振状態を１００マイクロ秒単位で変更する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第５の発明に係る波長選択スイッチモジュールは、
上記第３の発明に記載の波長選択スイッチモジュールにおいて、
前記光共振器は、電界印加可能に構成され、前記電界印加による電気光学効果により、対象の光信号との共振状態を１０ナノ秒単位で変更する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第６の発明に係る波長選択スイッチモジュールは、
上記第３〜第５のいずれか１つの発明に記載の波長選択スイッチモジュールにおいて、
前記選択手段は、前記第２の光信号群の光信号を偶数チャンネル及び奇数チャンネルの２グループに分ける光インタリーバと、互いに空間的に分離されて前記光インタリーバに接続され、前記偶数チャンネルの光信号及び前記奇数チャンネルの光信号を各々入力する２つの光導波路とを有し、
一方の前記光導波路に沿って、前記偶数チャンネルの光信号に対応する前記光共振器が設けられ、他方の前記光導波路に沿って、前記奇数チャンネルの光信号に対応する前記光共振器が設けられる
ことを特徴とする。
この場合、光共振器として、波長フィルタリング特性が緩和されたものを使用可能となる。

上記課題を解決する第７の発明に係る波長選択スイッチモジュールは、
上記第３〜第６のいずれか１つの発明に記載の波長選択スイッチモジュールにおいて、
前記光共振器は、光導波路と、当該光導波路と光結合されるリング導波路と、前記リング導波路に設けられ、前記リング導波路を周回する光信号の位相変化量が所定の波長帯域で一定となるように制御する位相制御光回路とを備える
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第８の発明に係る波長選択スイッチモジュールは、
上記第２〜第７のいずれか１つの発明に記載の波長選択スイッチモジュールにおいて、
前記選択手段は、オフにしたとき、消光比により、前記第２の光信号群の全ての光信号を阻止し、オンにしたとき、前記第２の光信号群の光信号に光学利得を与える光ゲートユニットを有する
ことを特徴とする。

本発明によれば、光回線交換用の光信号の出力先の選択を波長選択スイッチで行い、光パケット交換用の光信号の出力先の選択を波長選択スイッチより高速な選択手段で行うので、光パケット交換用の光信号に対する出力先の選択の変更（再設定）を、従来の波長選択スイッチよりも一桁以上を超える高速で行うことができる。この結果、光回線交換用の光信号と光パケット交換用の光信号を同時に処理することができ、光パケット交換方式と光回線交換方式を統合した、光パケット・光パス統合ネットワークを実現することが可能となる。

本発明に係る波長選択スイッチモジュールの機能を説明する図である。 本発明に係る波長選択スイッチモジュールの実施形態の一例（実施例１）を説明する図である。 図２に示した波長選択スイッチモジュールの具体的構成例を説明する図である。 本発明に係る波長選択スイッチモジュールの実施形態の他の一例（実施例２）を説明する図である。 図４に示した波長選択スイッチモジュールにおいて、選択ユニットを説明する図であり、（ａ）は、全体的な説明図、（ｂ）は、光学バンドパスフィルタ部分の説明図である。 図５に示した選択ユニットの動作を説明する図である。 図６で説明した動作を行う選択ユニットの具体的構成例を説明する図である。 図４〜図７に示した波長選択スイッチモジュールの具体的構成例を説明する図である。 光共振器の配置例を示す図であり、（ａ）は、一列の場合の図であり、（ｂ）は、２列の場合の図である。 より広域な阻止帯域を実現する光共振器を説明する図であり、（ａ）は、光共振器の基本的な構成であり、（ｂ）は、（ａ）に示した光共振器の特性を示すグラフであり、（ｃ）は、位相生成光カプラを有する光共振器の構成であり、（ｄ）は、（ｃ）に示した光共振器の特性を示すグラフである。 図１０に示した光共振器の阻止帯域と透過率を示すグラフであり、（ａ）は、図１０（ａ）に示した光共振器で周回損失が大きい場合のグラフであり、（ｂ）は、図１０（ａ）に示した光共振器で周回損失が小さい場合のグラフであり、（ｃ）は、図１０（ｃ）に示した光共振器の場合のグラフである。 （ａ）は、メッシュトポロジーを持つ二次元のＲＯＡＤＭネットワークを示す図であり、（ｂ）は、ＲＯＡＤＭネットワークのノード構造を示す図である。 従来のＷＳＳでの機能を説明する図である。 （ａ）は、ＷＳＳの分散平面での構成を示す図であり、（ｂ）は、ＷＳＳのスイッチング平面での構成を示す図である。 １×９５ＷＳＳの透過スペクトルを示す図である。

光伝送のさまざまな方式において、ＯＣＳ（Optical Circuit Switch；光回線交換）方式とＯＰＳ（Optical Packet Switching；光パケット交換）方式は、補足的な特性を持つ２つの基本的な方式である。

ＯＣＳ方式は、データ送信を互いに開始する前に、２つのネットワークノード間に光リンクが設定されている場合にデータの連続送信を許容する。光リンクは、閉回路の予約とある意味同様であるため、その方式では回線交換をすることができる。ＯＣＳ方式は、安定したトラヒックの送信に適しているため、コアネットワークで広く使用されている。ＷＳＳ系のＲＯＡＤＭネットワークは、この目的のために作られている。

それとは違って、ＯＰＳ方式では、データがコネクションレス方式で個別パケットとして送信されるため、光リンクの設定は必要ない。各パケットには指定されたラベルがあり、そのラベルに基づいて、パケットは宛先に届くまでネットワークに沿って転送される。また、光−電気−光（ＯＥＯ）変換をすることなくパケットが転送される。この特性と共に、光リンクの設定時間をなくすことが、バースト性トラヒックを扱うＯＰＳ方式を最適にしている。

一方、光リンクの容量は、より高速なデータ速度と複雑なデータフォーマットの使用により著しく増加しており、このことにより、ＥＰＳ（Electrical Packet Switching；電気パケット交換）に最も依存する現在のパケットネットワークノードへの負荷が増大している。電子的プロセスへ大きく依存するのは、多大な電力消費やエンドツーエンド待ち時間などの見逃すことのできない幾つかの欠点があるためである。この条件は、依存性の低いフォトニックネットワークを実現したり、ＯＥＯ変換を完全に削除したりすることで乗り越えることができる。この点では、光パケット・光パス統合ネットワークが有望な方法である（非特許文献２）。ただし、パケット変換の柔軟性を従来のＲＯＡＤＭネットワークのノードに加えるためには、高速なＷＳＳが実現に必要な装置となる。
［実施例１］

本発明に係る高速ＷＳＳモジュール２０、５０に要求される変換能力を図１に示す。ここでは、入力ポートＩＰから入力された異なる波長λ₁〜λ₆の入力パケットが、数１０ナノ秒単位で、パケット毎を基本として、異なる出力ポート（モジュールポートＭＰ₁〜ＭＰ_N）を自由に指定することができる。各パケットの到着時間は任意であるため、当該モジュール全体はパケットを特定の時間スロットに入れずに非同期で操作しなければならない。現行のイーサネット（登録商標）技術は、最も広く採用されているパケット系ソリューションであり、パケットは光学的に送信され、電気的に交換される。パケット時間は、採用するデータ速度に応じて変わる。データ速度が１０Ｇｂｐｓと１００Ｇｂｐｓの場合、パケット時間は、それぞれ１．２マイクロ秒と０．１２マイクロ秒である。図１に示した高速ＷＳＳモジュール２０、５０は、数１０ナノ秒単位でパケットを処理することができる。しかし、イーサネット（登録商標）のようなパケットとは別として、高速ＷＳＳモジュール２０、５０が数１００マイクロ秒単位で再設定できる場合には、それでも現在のＷＳＳ３０より２桁速くなる。

前述の通り、目標の高速ＷＳＳモジュール２０、５０は、高速再設定のスイッチを必要としない従来のＲＯＡＤＭトラヒックと、異なる波長に対して同時にパケット毎の高速スイッチを必要とするパケットの両方を処理することができなければならない。一般に、ＯＣＳ波長チャンネルの光信号群とＯＰＳ波長チャンネルの光信号群には、別の波長が割り当てられている。現在のＬＣＯＳ系のＷＳＳ技術の成熟度を考えると、従来の方法で使用する可能性をなくすことなく、従来のＷＳＳのスイッチング機能に新しい高速スイッチング機能を追加することが非常に望ましい。

従来のＷＳＳ３０のスイッチング機能に新しい高速スイッチング機能を追加した本実施例の高速ＷＳＳモジュール２０を説明する図を図２に示す。

本実施例の高速ＷＳＳモジュール２０は入力ポートＩＰを有し、入力ポートＩＰには、非ＯＰＳ波長チャンネルであるＯＣＳ波長チャンネルの光信号群（第１の光信号群）と、ＯＰＳ波長チャンネルの光信号群（第２の光信号群）が入力される。ＯＣＳ波長チャンネルの光信号群は、各々波長が異なる少なくとも１つの光信号からなり、ＯＰＳ波長チャンネルの光信号群は、各々波長が異なり、更に、ＯＰＳ波長チャンネルの光信号群とも波長が異なる少なくとも１つの光信号からなる。

従来のＷＳＳ３０の出力ポート（副出力ポート）をＷＳＳポートＷＰ₁〜ＷＰ_N+1と呼ぶ。また、高速ＷＳＳモジュール２０の出力ポート（主出力ポート）をモジュールポート（Module Ports）ＭＰ₁〜ＭＰ_Nと呼ぶ。ＷＳＳポートＷＰ₁〜ＷＰ_Nは、それぞれ、モジュールポートＭＰ₁〜ＭＰ_Nと直接接続されている。

ＯＣＳ波長チャンネルの光信号（ＯＣＳトラヒック）は、波長毎に出力先を選択する空間スイッチング機構を有する従来のＷＳＳ３０によってスイッチングされる。つまり、ＯＣＳトラヒックは、空間スイッチング機構を用いて、複数のＷＳＳポートＷＰ₁〜ＷＰ_Nの中から出力先が選択されて、目的のＷＳＳポートへ出力される。ＯＰＳ波長チャンネルの光信号（ＯＰＳトラヒック）も、従来のＷＳＳ３０によってスイッチングされるが、全てのＯＰＳ波長チャンネルは分割されて、ＷＳＳポートＷＰ₁〜ＷＰ_Nとは異なる所定の出力ポート、即ち、ＷＳＳポートＷＰ_N+1に向かうことが指示される。これは、例えば、図１４に示したＷＳＳ３０のＬＣＯＳ装置３８において、全てのＯＰＳ波長λ_OPSの光信号がＷＳＳポートＷＰ_N+1に向かうように設定することで可能となる。

次に、ＷＳＳポートＷＰ_N+1に接続された、ＷＳＳ３０より高速でスイッチングを行う高速スイッチング機構を有する高速スイッチモジュール４０（選択手段）を使用して、パケット毎のスイッチングを行う。このロジックの説明のための１つの具体例を図３に示す。ここでは、全てのＯＰＳ波長チャンネルの光信号は、ＷＳＳポートＷＰ_N+1に接続されたアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ；Arrayed Waveguide Grating）４１を使用して分割されている。そして、ＯＰＳトラヒックのスイッチングは、各々の１×Ｎ高速スイッチ４２（高速スイッチング機構）において、各波長でのパケットに対して行われる。各１×Ｎ高速スイッチ４２の各出力ポートからの光信号Ｂ₁〜Ｂ_N、Ｃ₁〜Ｃ_N、Ｄ₁〜Ｄ_Nは、光結合器４３を用いて、対応するモジュールポートＭＰ₁〜ＭＰ_Nの光信号Ａ₁〜Ａ_Nと合波されている。従って、ＯＰＳトラヒックは、ＡＷＧ４１及び１×Ｎ高速スイッチ４２により、その波長に基づいて、複数のモジュールポートＭＰ₁〜ＭＰ_Nの中から出力先が選択されて、目的のモジュールポートへ出力される。

［実施例２］
本実施例の小型の高速ＷＳＳモジュール５０を説明する図を図４に示す。本実施例の小型の高速ＷＳＳモジュール５０は、マルチキャスト選択型に基づくものである。

本実施例の高速ＷＳＳモジュール５０も入力ポートＩＰを有し、実施例１と同様に、入力ポートＩＰには、非ＯＰＳ波長チャンネルであるＯＣＳ波長チャンネルの光信号群（第１の光信号群）と、ＯＰＳ波長チャンネルの光信号群（第２の光信号群）が入力される。ＯＣＳ波長チャンネルの光信号群は、各々波長が異なる少なくとも１つの光信号からなり、ＯＰＳ波長チャンネルの光信号群も、各々波長が異なり、更に、ＯＰＳ波長チャンネルの光信号群とも波長が異なる少なくとも１つの光信号からなる。

従来のＷＳＳ３０の出力ポート（副出力ポート）は、ＷＳＳポートＷＰ_N+1を除いて、実施例１で示したＷＳＳ３０と同じであり、これらをＷＳＳポートＷＰ₁〜ＷＰ_Nと呼ぶ。また、高速ＷＳＳモジュール５０の出力ポート（主出力ポート）も、実施例１と同様に、モジュールポートＭＰ₁〜ＭＰ_Nと呼ぶ。ＷＳＳポートＷＰ₁〜ＷＰ_Nは、後述する選択ユニット６０（選択手段）を介して、それぞれ、モジュールポートＭＰ₁〜ＭＰ_Nと接続されている。

各ＯＣＳ波長チャンネルの光信号を任意のＷＳＳポートＷＰ₁〜ＷＰ_Nに向かわせるために、ＯＣＳトラヒックは、空間スイッチング機構を有する低速再設定の従来のＷＳＳ３０によって、例えば、図１４に示したＷＳＳ３０のＬＣＯＳ装置３８によってスイッチングされる。つまり、ＯＣＳトラヒックは、空間スイッチング機構を用いて、複数のＷＳＳポートＷＰ₁〜ＷＰ_Nの中から出力先が選択されて、目的のＷＳＳポートへ出力される。

一方、ＯＰＳ波長チャンネルの光信号は、Ｎ個のＷＳＳポートＷＰ₁〜ＷＰ_NのうちのＱ個（Ｑ≦Ｎ）に出力可能である。例えば、図４では、一例として、ＯＰＳ波長チャンネルの光信号（ＯＰＳ波長λ_OPSの光信号）が３個のＷＳＳポートに出力可能となっている。このことを考慮すると、これらの特定の出力ポートの間で対象波長のみの光信号を分割するＬＣＯＳ装置３８を構成することによって、これらの特定の出力ポート間でマルチキャストが行われる。つまり、ＯＰＳトラヒックも、ＷＳＳ３０の空間スイッチング機構を用いて、複数のＷＳＳポートＷＰ₁〜ＷＰ_Nの中から出力先が選択されて、目的のＷＳＳポートへ出力される。

次に、ＷＳＳポートＷＰ₁〜ＷＰ_Nに各々取り付けられている複数の波長ブロッカ６１（選択ユニット６０）は、あるチャンネルが所望の出力ポートを通過すると共に、同じチャンネルを他の全ての出力ポートで同時に阻止するよう設定される。従って、本実施例の高速ＷＳＳモジュール５０は、マルチキャストが従来のＷＳＳ３０によって行われるマルチキャスト選択型スイッチであり、複数の波長ブロッカ６１からなる選択ユニット６０は、従来のＷＳＳ３０の出力ポート（ＷＳＳポートＷＰ₁〜ＷＰ_N）に取り付けられた小型装置である。

詳細は後述するが、波長ブロッカ６１は、ＷＳＳ３０より高速でスイッチングを行う高速スイッチング機構を有しており、この高速スイッチング機構では、光信号を波長毎に通過又は阻止することにより、高速でスイッチングを行っている。複数の波長ブロッカ６１からなる選択ユニット６０において、ＯＰＳトラヒックは、このような高速スイッチング機構を用いて、複数のモジュールポートＭＰ₁〜ＭＰ_Nの中から出力先が選択されて、目的のモジュールポートへ出力される。

ＯＰＳ波長チャンネルの選択ユニット６０について説明する。まず、各ＷＳＳポートＷＰ₁〜ＷＰ_Nに取り付ける波長ブロッカ６１からなる選択ユニット６０の役割を説明する図を図５に示す。図５（ａ）に示すように、各ＷＳＳポートＷＰ₁〜ＷＰ_Nには、ＯＰＳ波長チャンネルの光信号を光信号全体から分離するために、光バンドパスフィルタ（ＯＢＰＦ）５１が取り付けられている。このＯＢＰＦ５１は、図５（ｂ）に示すように、ＯＰＳ波長チャンネルの光信号を光信号全体から分離することにより、ＯＣＳ波長チャンネルの光信号はＯＢＰＦ５１をそのまま通過し、ＯＰＳ波長チャンネルの光信号は波長ブロッカ６１へドロップされている。このＯＰＳ波長チャンネルの分離は必須ではないが、この操作は、選択ユニット６０を追加した場合に、ＯＣＳトラヒックへの悪影響を避けることを目的としている。

ＯＰＳ波長チャンネルに対する動作として、３つの異なるスイッチングシナリオが図６に示されている。例１のケースでは、チャンネル１だけが通過され、他の２つのチャンネル２、３はブロックされる。例２のケースでは、チャンネル１と３だけが通過され、チャンネル２はブロックされる。例３のケースでは、全てのチャンネル１〜３がブロックされる。この例３のケースを、図５も参照して説明する。例えば、ＷＳＳポートＷＰ₁から出力された光信号は、ＯＢＰＦ５１によりＯＰＳ波長チャンネルの光信号が分離され、波長ブロッカ６１でＯＰＳ波長チャンネル（チャンネル１〜３）の選択が行われるが、これらのチャンネル１〜３を出力する出力ポート全てが、ＷＳＳポートＷＰ₁と接続されるモジュールポートＭＰ₁と異なる場合に、例３のケースとなる。

そして、選択ユニット６０の各波長ブロッカ６１は、光結合器５２を介して、各々、モジュールポートＭＰ₁〜ＭＰ_Nと接続されており、波長ブロッカ６１で選択されたＯＰＳ波長チャンネルの光信号は、光結合器５２を介して、モジュールポートＭＰ₁〜ＭＰ_Nへ出力されて、ＯＢＰＦ５１を通過したＯＣＳ波長チャンネルの光信号と合波される。

図６に示したスイッチングシナリオを自由に許可する選択ユニット６０の１つの具体例を図７に示す。選択ユニット６０の各波長ブロッカ６１は、ＯＰＳ波長チャンネルの光信号が送信される光導波路６３に沿って直列接続された複数の光共振器６２からなる。各光共振器６２は、光導波路６３と、光導波路６３と光結合するリング導波路６４とから構成されている。全ての光共振器６２は、対象チャンネルの波長からは最初デチューンされている（対象チャンネルの波長と光共振器６２の共振波長がずれている）。各光共振器６２は、対象波長のチャンネルで光信号を阻止するために、素早くチューニングして指定の波長に合わすことができる（チューニングして対象チャンネルの波長と光共振器６２の共振波長を合わすことで、対象チャンネルの波長の光信号を阻止することができる）。

光ゲートユニット６５は、全ての光共振器６２の後であって、選択ユニット６０の出力近くに置かれるため、この光ゲートユニット６５は以下の機能を有する。ａ）オフのときに、高い消光比で全ての波長のチャンネルを同時に阻止し、また、ｂ）オンのときに、光共振器６２により阻止されていない目的の波長のチャンネルを許可し、これにより、異なるポート間での光信号のマルチキャストに関連する光損失を補償する光学利得を与える。

以上説明した高速の選択ユニット６０と従来のＷＳＳ３０から構成される本実施例の高速ＷＳＳモジュール５０の全体を表すと、図８に示す構成となる。

選択ユニット６０の最終出力までに、通過する光信号が選択ユニット６０ではフィルタ処理されないことに価値がある。つまり、選択ユニット６０での最終出力の光信号は、選択ユニット６０でのフィルタ処理の結果ではない。これによって、高いレベルの信号品質を維持することができ、フィルタ処理は十分な消光比を持つ光信号を阻止するためだけに適用される。

前述した通り、従来のＷＳＳ３０の再設定速度は数１００ミリ秒単位に限定されている。これまでに説明した本実施例の高速ＷＳＳモジュール５０を実現するために、マルチキャストと選択ユニット６０を導入することで、速度は著しく改善される。そのため、選択ユニット６０の再設定は、速度決定の主な要因となる。これに関して、各種の実装技術により、異なる速度での選択ユニット６０の再設定が可能となっている。例えば、シリカプラットフォームに基づく光共振器６２において、温度調整可能に構成すると、温度調整による熱光学効果を用いた共振状態の操作は、１００マイクロ秒単位で可能である。また、シリコン系の光共振器６２において、電流注入により電界印加可能に構成すると、電界印加による電気光学効果を用いた共振状態の操作は、１０ナノ秒単位で可能になる。また、インジウムリン（ＩｎＰ）系などのIII−Ｖ族の材料を使用することで、更に高速の操作が可能となる。

複数の光共振器６２は、交互配置を行うことにより、要求される特性条件を緩和することができる。１２個の波長チャンネルがある場合、通常、図９（ａ）に示すように、光導波路６３に沿って、１２個の光共振器６２（リング導波路６４）を直列に一列で配置する。このような構成の波長ブロッカ６１での適切な動作としては、隣接する波長チャンネルに影響を及ぼすことなく、阻止したい波長チャンネルをフィルタリングすることが要求される。これを達成するためには、対象の波長チャンネルの帯域だけが光信号全体から切り出されるように、使用する光共振器６２には、略理想的な特性がなければならない。

しかしながら、理想的な特性を実現することが難しいため、図９（ｂ）に示すように、光インタリーバ６６でＯＰＳ波長チャンネルの光信号を偶数及び奇数チャンネルの２つのグループに分割し、光共振器６２を交互配置することを提案する。偶数及び奇数チャンネルの光信号群は、互いに異なる波長ブロッカ６１ａ、６１ｂに向かうことが指示されている。波長ブロッカ６１ａ、６１ｂは、光導波路６３ａ、６３ｂを各々有し、光導波路６３ａ、６３ｂには、各々の光導波路６３ａ、６３ｂに沿って、６個の光共振器６２（リング導波路６４）が直列に配置されている。つまり、６個の光共振器６２が２列で配置されている。この方法によると、隣接する波長チャンネルに存在する光信号は不完全なフィルタリング特性であっても影響されないため、対象の波長チャンネルを阻止するのに使用される光共振器６２の特性を緩和することができる。これは、２つの隣接する波長チャンネルの光信号が互いに異なる波長ブロッカ６１ａ、６１ｂに送信されており、波長ブロッカ６１ａ、６１ｂの光導波路６３ａ、６３ｂは互いに空間的に分離されているためである。

光共振器６２の特性は更に改善することができる。ここで、図１０（ａ）に、光共振器６２の基本構成、つまり、光導波路６３に沿って配置されたリング導波路６４からなる光共振器６２ａの構成を示す。入射光の波長をλ、波長λの入射光に対するリング導波路６４の実効屈折率をｎ（λ）、リング導波路６４の長さをＬとすると、リング導波路６４を周回する光信号の位相変化量φ₁は、φ₁＝２×π×ｎ（λ）×Ｌ／λとなる。これを表したグラフが図１０（ｂ）であり、このような特性を有する光共振器６２ａは、単一又は狭い波長域の共振波長に対応することになる。

図１０（ａ）に示す光共振器６２ａにおいて、リング導波路６４の周回損失が大きくなるように設計した場合（−２０ｄＢ）、波長の小さい変化では、透過率Ｔが変動しないので、光波長フィルタの帯域は広い。しかしながら、透過率ＴはＴ≪１なので、消光比は低い（図１１（ａ）参照）。また、リング導波路６４の周回損失が小さくなるように設計した場合（−０．２６ｄＢ）、波長の小さい変化で透過率Ｔが大きく変動するので、光波長フィルタの帯域は狭い。しかしながら、透過率ＴはＴ≒１なので、消光比は高い（図１１（ｂ）参照）。このように、図１０（ａ）に示す光共振器６２ａでは、広い阻止帯域と高消光比とを両立することができない。なお、図１１（ａ）、（ｂ）においては、光共振器６２ａにおける阻止帯域（規格化された入射光の波長）と透過率の関係を示している。

図１０（ｃ）は、図１０（ａ）に示した光共振器６２ａにおけるリング導波路６４に、更に、位相生成光カプラ６７（位相制御光回路）を設けた構成である。この位相生成光カプラ６７は、単一波長のためでなく、複数の波長の波長域のために、リング導波路６４内の共振条件を満たすことができるように、リング導波路６４の分散特性を補償するために特別に設計されている。このような位相生成光カプラ６７は、例えば、複数段の光カプラからなるラティス型光フィルタにより構成される。このラティス型光フィルタでは、その位相制御量φ₂が、所望の波長域において、φ_total＝φ₁＋φ₂＝一定となるように、つまり、リング導波路６４を周回する光信号の位相変化量φ_totalが一定となるように、その構成（パラメータ）が調整されている。これを表したグラフが図１０（ｄ）であり、このような特性を有する光共振器６２ｂは、共振波長域が広くなり、広い波長域の共振波長に対応可能となる。

従って、図１０（ｃ）に示す光共振器６２ｂにおいては、周回損失が小さくなるように設計した場合でも、所望の波長域において、波長によらず、位相変化量φ_totalを一定にすることにより、高い消光比と広い阻止帯域を得ることができる（図１１（ｃ）参照）。なお、図１１（ｃ）においても、光共振器６２ｂにおける阻止帯域（規格化された入射光の波長）と透過率の関係を示している。

なお、上述したラティス型光フィルタに代えて、アレイ導波路格子（ＡＷＧ）と位相シフタとからなる位相制御光回路を用いても良い。この位相制御光回路は、所望の波長帯域の中で、所定の波長間隔の光信号を分波するＡＷＧと、波長に応じて位相を制御する位相シフタと、位相制御された光信号を合波するＡＷＧとを備え、上述したラティス型光フィルタと同様に、所望の波長帯域において、波長によらず、位相変化量φ_totalを一定にすることができ、これにより、高い消光比と広い阻止帯域を得ることができる。

以上説明したように、上述した位相生成光カプラ６７などの位相制御光回路をリング導波路６４に組み込むことにより、条件に適した伝達関数を有する光フィルタを実現することができる。

上述した本実施例の高速ＷＳＳモジュール５０は、実施例１に示した高速ＷＳＳモジュール２０と比較して、以下の利点を有する。

（１）実施例１に示した高速ＷＳＳモジュール２０は、１×Ｎ高速スイッチ４２の必要数が、必要な光結合器４３の数のＮ倍と共に、対象のＯＰＳ波長チャンネルの数に伴って増加する。また、ＯＰＳ波長チャンネルの数が増える度に、新しい１×Ｎ高速スイッチ４２を追加しなければならない。そのため、小型の装置を実現するのが難しい。一方、本実施例の高速ＷＳＳモジュール５０は、１×Ｎ高速スイッチ４２は不要であるので、装置の小型化が可能である。

（２）実施例１に示した高速ＷＳＳモジュール２０においては、ポート数が多い１×Ｎ高速スイッチ４２を実現することが難しいため、ＷＳＳ３０と同じポート数に合わせることが難しい。例えば、高速ＷＳＳモジュール２０の出力ポートが１２個あり、高速ＷＳＳモジュール２０の出力ポートが１２個ある場合でも、現時点では、１×８高速スイッチしか利用できない。この場合、１×８高速スイッチは、高速ＷＳＳモジュール２０の１２個の出力ポートのうちの８個へ配線接続されるが、この配線接続の再設定には、長時間を要する。一方、本実施例の高速ＷＳＳモジュール５０は、１×Ｎ高速スイッチ４２は不要であるので、ポート数が多くなる場合にも、ＷＳＳ３０と同じポート数に合わせることができ、再設定に時間を要することもない。

（３）実施例１に示した高速ＷＳＳモジュール２０においては、ＷＳＳ３０自体が波長逆多重装置として使用されており、ＷＳＳ３０において、ＯＰＳ波長チャンネルはＯＣＳ波長チャンネルとは別の副出力ポートに向かっている。そのため、ＯＰＳ波長チャンネルに使用されるポートは、ＯＣＳ波長チャンネルには使用できない。一方、本実施例の高速ＷＳＳモジュール５０は、ＷＳＳ３０の出力ポートに上述した選択ユニット６０を接続しているので、ＷＳＳ３０のいずれの出力ポートでも、ＯＰＳ波長チャンネル及びＯＣＳ波長チャンネルを使用可能である。

本発明は、光パケット交換（ＯＰＳ）と光回線交換（ＯＣＳ）のトラヒックを同時に扱うことのできるＲＯＡＤＭネットワークのノードを実現するための高速の波長選択スイッチとして利用可能である。

２０、５０ 高速ＷＳＳモジュール
３０ ＷＳＳ
４０ 高速スイッチモジュール
６０ 選択ユニット
６１、６１ａ、６１ｂ 波長ブロッカ
６２、６２ａ、６２ｂ 光共振器
６３、６３ａ、６３ｂ 光導波路
６４ リング導波路
６５ 光ゲートユニット
６６ 光インタリーバ
６７ 位相生成光カプラ

Claims (8)

1. 各々波長が異なる少なくとも１つの光信号からなる光回線交換用の第１の光信号群と、各々波長が異なり、前記第１の光信号群とも波長が異なる少なくとも１つの光信号からなる光パケット交換用の第２の光信号群とを入力する１つの入力ポートと、
   波長毎に出力先を選択する空間スイッチング機構を有し、前記入力ポートから入力された前記第１の光信号群の出力先を、前記空間スイッチング機構を用いて、複数の副出力ポートの中から選択すると共に、前記入力ポートから入力された前記第２の光信号群の出力先を、前記空間スイッチング機構を用いて、前記第１の光信号群を出力する前記副出力ポートとは異なる所定の前記副出力ポートとするか、又は、複数の前記副出力ポートの中から選択する波長選択スイッチと、
   複数の前記副出力ポートと各々接続された複数の主出力ポートと、
   前記波長選択スイッチより高速でスイッチングを行う高速スイッチング機構を有し、所定の前記副出力ポート又は複数の前記副出力ポートと接続され、当該副出力ポートから入力された前記第２の光信号群の出力先を、前記高速スイッチング機構を用いて、複数の前記主出力ポートの中から選択する選択手段と、
   を有する
   ことを特徴とする波長選択スイッチモジュール。
2. 請求項１に記載の波長選択スイッチモジュールにおいて、
   前記第２の光信号群の出力先を複数の前記副出力ポートの中から選択する場合、
   前記波長選択スイッチは、マルチキャスト選択型の構成であり、
   前記選択手段は、前記第２の光信号群の各光信号を波長毎に通過又は阻止する波長ブロッカからなる
   ことを特徴とする波長選択スイッチモジュール。
3. 請求項２に記載の波長選択スイッチモジュールにおいて、
   前記波長ブロッカは、直列接続された複数の光共振器からなり、
   各々の前記光共振器は、前記第２の光信号群の各々の光信号に対応し、当該光信号を共振時に阻止するように、当該光信号の波長との共振状態を調整可能な構成である
   ことを特徴とする波長選択スイッチモジュール。
4. 請求項３に記載の波長選択スイッチモジュールにおいて、
   前記光共振器は、温度調整可能に構成され、前記温度調整による熱光学効果により、対象の光信号との共振状態を１００マイクロ秒単位で変更する
   ことを特徴とする波長選択スイッチモジュール。
5. 請求項３に記載の波長選択スイッチモジュールにおいて、
   前記光共振器は、電界印加可能に構成され、前記電界印加による電気光学効果により、対象の光信号との共振状態を１０ナノ秒単位で変更する
   ことを特徴とする波長選択スイッチモジュール。
6. 請求項３から請求項５のいずれか１つに記載の波長選択スイッチモジュールにおいて、
   前記選択手段は、前記第２の光信号群の光信号を偶数チャンネル及び奇数チャンネルの２グループに分ける光インタリーバと、互いに空間的に分離されて前記光インタリーバに接続され、前記偶数チャンネルの光信号及び前記奇数チャンネルの光信号を各々入力する２つの光導波路とを有し、
   一方の前記光導波路に沿って、前記偶数チャンネルの光信号に対応する前記光共振器が設けられ、他方の前記光導波路に沿って、前記奇数チャンネルの光信号に対応する前記光共振器が設けられる
   ことを特徴とする波長選択スイッチモジュール。
7. 請求項３から請求項６のいずれか１つに記載の波長選択スイッチモジュールにおいて、
   前記光共振器は、光導波路と、当該光導波路と光結合されるリング導波路と、前記リング導波路に設けられ、前記リング導波路を周回する光信号の位相変化量が所定の波長帯域で一定となるように制御する位相制御光回路とを備える
   ことを特徴とする波長選択スイッチモジュール。
8. 請求項２から請求項７のいずれか１つに記載の波長選択スイッチモジュールにおいて、
   前記選択手段は、オフにしたとき、消光比により、前記第２の光信号群の全ての光信号を阻止し、オンにしたとき、前記第２の光信号群の光信号に光学利得を与える光ゲートユニットを有する
   ことを特徴とする波長選択スイッチモジュール。